本文關(guān)鍵詞：石墨烯改性天然石墨負(fù)極材料的制備及性能研究

  更多相關(guān)文章： 鋰離子電池 天然石墨 石墨烯 包覆 負(fù)極材料 電化學(xué)性能

【摘要】：本論文在查閱大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)之上,緊跟該領(lǐng)域的國(guó)際研究前沿,通過有效可行的實(shí)驗(yàn)方法制備出石墨烯/天然石墨復(fù)合負(fù)極材料,并對(duì)大電流充放電、高容量和循環(huán)性能好的石墨烯/天然石墨復(fù)合材料做了系統(tǒng)的研究。主要進(jìn)行了一下幾點(diǎn)研究：論文以天然石墨(natural graphite)為主要原材料,在實(shí)驗(yàn)過程中將氧化石墨烯(graphene oxide)和天然石墨前驅(qū)材料混合攪拌,之后采用機(jī)械球磨和超生分散氧化石墨烯,再經(jīng)高溫碳熱還原等改性手段制備了一系列不同石墨烯(graphene)含量的石墨烯/天然石墨(graphene/natural graphite)復(fù)合負(fù)極材料。并利用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、紅外光譜(FT-IR)、恒流充放電和循環(huán)伏安等測(cè)試方法系統(tǒng)地研究了graphene/natural graphite復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、形貌以及電化學(xué)性能的影響。將氧化石墨烯包覆的復(fù)合材料graphene oxide/natural graphite分別在600℃、700℃、750℃、800℃、850℃不同溫度下進(jìn)行碳熱還原得到graphene/natural graphite復(fù)合材料。在電流設(shè)為0.1C,電壓范圍設(shè)為0.005-3V進(jìn)行電性能測(cè)試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)該復(fù)合材料在800℃的溫度還原后得到的graphene/natural graphite具有更好的電性能,首次放電達(dá)到413mAh/g,首次充電比容量為410mAh/g,均高于其他溫度下的還原的比容量,首次效率為99.5%。循環(huán)30次后,放電比容量仍然為404 mAh/g,容量的保留率高達(dá)98.3%。通過XRD、SEM物理檢測(cè)結(jié)果表明：合成的graphene/natural graphite復(fù)合材料具有標(biāo)準(zhǔn)的核-殼型結(jié)構(gòu)。通過電化學(xué)CV、EIS測(cè)試表明：復(fù)合材料極化變小,Li離子擴(kuò)散速率和電導(dǎo)率得到提高,比容量和循環(huán)性能得到增強(qiáng)。針對(duì)上述不同溫度還原之后得到的復(fù)合材料,再研究不同含量的石墨烯(0、1%、2%、3%、4%)對(duì)于graphene/natural graphite復(fù)合材料性能的影響,在電流為O.1C和電壓為0.005-3V范圍下再進(jìn)行電性能測(cè)試,研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)石墨烯含量為3%的graphene/natural graphite復(fù)合材料具有更好的電性能,首次放電比容量為412mAh/g,首次充電比容量407 mAh/g,首次效率為98.8%。高于natural graphite材料的349mAh/g和364 mAh/g。循環(huán)30次后,放電比容量保持在396mAh/g,容量的保留率高達(dá)99.4%。石墨烯包覆可以提高石墨材料的容量以及循環(huán)性能。而且與純天然石墨材料相比,石墨烯包覆天然石墨材料在大倍率條件下顯示出優(yōu)異的倍率性能,說明石墨烯包覆層有利于增強(qiáng)天然石墨納米片層之間的縱向電子傳導(dǎo)能力。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 天然石墨 石墨烯 包覆 負(fù)極材料 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：中南林業(yè)科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 鋰離子電池簡(jiǎn)介11-12
• 1.2 鋰離子電池工作原理12
• 1.3 鋰離子電池負(fù)極材料的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.4 天然石墨存在的問題及解決方法14-15
• 1.4.1 表面包覆改性處理14-15
• 1.4.2 摻雜改性處理15
• 1.4.3 機(jī)械研磨改性處理15
• 1.4.4 其它的改性方法15
• 1.5 石墨烯在鋰離子電池中的應(yīng)用及研究進(jìn)展15-19
• 1.5.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)特性15-16
• 1.5.2 石墨烯的制備16-17
• 1.5.3 石墨烯在電極材料上應(yīng)用17-19
• 1.6 本論文的研究目的、內(nèi)容和主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)19-22
• 1.6.1 研究目的19-20
• 1.6.2 研究?jī)?nèi)容20-21
• 1.6.3 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)21-22
• 第二章 實(shí)驗(yàn)試劑、儀器與測(cè)試方法22-27
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器22-24
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑22-23
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器23-24
• 2.2 材料表征手段24-25
• 2.2.1 X射線粉末衍射分析(XRD)24
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡(SEM)24
• 2.2.3 紅外光譜分析24-25
• 2.3 材料的電化學(xué)性能測(cè)試25-27
• 2.3.1 電極片制備25
• 2.3.2 電池的組裝25
• 2.3.3 充放電循環(huán)性能測(cè)試25
• 2.3.4 循環(huán)伏安(CV)測(cè)試25-26
• 2.3.5 交流阻抗(EIS)測(cè)試26-27
• 第三章 超聲分散高溫還原合成石墨烯/天然石墨復(fù)合材料27-36
• 3.1 引言27
• 3.2 石墨烯/天然石墨復(fù)合材料的制備27-28
• 3.3 石墨烯/天然石墨復(fù)合材料的性能研究28-30
• 3.3.1 XRD結(jié)構(gòu)分析28
• 3.3.2 SEM形貌分析28-29
• 3.3.3 FT-IR結(jié)構(gòu)分析29-30
• 3.4 電化學(xué)性能分析30-34
• 3.4.1 循環(huán)伏安和交流阻抗測(cè)試30-32
• 3.4.2 恒流充放電性能測(cè)試32
• 3.4.3 倍率性能和循環(huán)性能測(cè)試32-34
• 3.5 本章小結(jié)34-36
• 第四章 不同溫度制備G/C材料及其電性能研究36-46
• 4.1 不同溫度G/C材料的制備36-37
• 4.2 不同溫度制備的G/C材料的結(jié)構(gòu)與形貌的表征37-38
• 4.2.1 XRD和FT-IR結(jié)構(gòu)分析37-38
• 4.3 形貌分析38-40
• 4.4 電化學(xué)性能40-44
• 4.4.1 循環(huán)伏安和交流阻抗測(cè)試40-41
• 4.4.2 恒流充放電和循環(huán)性能測(cè)試41-43
• 4.4.3 倍率性能測(cè)試43-44
• 4.5 本章小結(jié)44-46
• 第五章 不同石墨烯含量G/C材料的制備及電性能研究46-56
• 5.1 不同石墨烯含量G/C復(fù)合材料的制備46
• 5.2 結(jié)構(gòu)與形貌的表征46-50
• 5.2.1 材料的FT-IR結(jié)構(gòu)分析46-47
• 5.2.2 材料的XRD結(jié)構(gòu)分析47-48
• 5.2.3 材料的SEM分析48-50
• 5.3 不同含量G/C材料的電化學(xué)性能測(cè)試50-55
• 5.3.1 恒流充放電性能測(cè)試50-51
• 5.3.2 循環(huán)伏安和交流阻抗測(cè)試51-53
• 5.3.3 倍率性能和循環(huán)性能測(cè)試53-55
• 5.4 本章小結(jié)55-56
• 第六章 結(jié)論與展望56-59
• 6.1 結(jié)論56-57
• 6.2 展望57-59
• 參考文獻(xiàn)59-71
• 攻讀碩士期間主要成果71-73
• 致謝73

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